为了给可穿戴电子设备供电, 工程师们一直在寻找从人体发电的方法. 他们已经设想出将心跳, 步行以及肌肉运动转化成电力的方案. 近日, 中国复旦大学研发了一款可植入人体静脉的轻型发电机. 该发电机可利用血管中流动的血液自主发电, 或将在未来用于临床.
现在, 复旦大学的研究团队找到一种利用血液流动发电的方法, 采用的材料是碳纳米管纺成的微型纤维. 该纤维可以植入到血管中, 收集血液流动产生的能量. 研究人员提出了基本概念, 发表在《应用化学》 (AngewandteChemie) 期刊上, 但是尚未进行动物实验测试.
上述微型纤维的直径为0.8毫米, 可以用塑料纤维包裹在有序碳纳米管阵列制备而成, 也可以将碳纳米管捻成纱线状纤维.
其实, 早在2011年, 瑞士研究人员就曾依据水流发电涡轮机, 开发出了一款微型涡轮机. 理论上, 该微型涡轮机是可以植入人体内并利用血液流动发电的. 但最后却发现, 该设备在植入人体后会产生致死性血凝块, 因安全隐患极高不得不被放弃使用.
复旦大学研究人员把这个系统称之为迷你版水力发电, 但是原理不同. 如果把纤维进入到盐溶液中, 浸入的纳米管和溶液界面形成双电层, 其中纳米管表面带负电, 溶液表面带正电. 当溶液流过时, 溶液中的负离子以及纳米管中的电子会去平衡双电层. 但是, 它们没有完全成功, 导致纤维两端电荷不同, 进而产生电压和电流. 有其他团队已经制备了基于纳米管的 '纱线' , 在扭转和拉伸时可发电.
当纤维 (用铜线连接在一起) 放入含有盐溶液的管中, 盐溶液流动即可发电, 并且其效率超过23%. 这比先前报道的纤维状能量收集装置的效率高. 另外, 纤维越长, 流体流动越快, 盐溶液浓度越大, 输出的电力越高. 目前, 研发人员还未公布该设备所能产生的具体功率数.
虽然这一技术还处于早期阶段, 但他们已经在青蛙体内植入该设备, 实验结果较为理想.
一个30厘米长的装置可以产生0.04毫瓦的电量, 足够为小型的传感器和植入器供电. 为了示范该装置在人体中的应用, 研究人员将3个10厘米长的纤维连接到青蛙的坐骨神经上, 然后把这些纤维浸入到流动的盐溶液中, 结果导致轻微的肌肉收缩.
该发电机基于缠绕在聚合物核心上有序排列的碳纳米管, 由纤维状流体纳米器(FFNG)负责相对运动, 从而通过纤维分层获得血液流动梯度力. 研发人员表示, 该发电机的安全保障性极高, 未来或将用于临床, 为植入医疗设备技术贡献一份力量.
此外, 研究人员表示, 这些纤维还可以编制到纺织品中, 以制作可供电的衣物.
随着植入医疗设备技术的发展, 其可支持的领域也将越来越多. 虽然其安全性在一定时间内会受到广泛质疑, 但我们依然可以相信, 这些技术和设备必将成为未来临床医疗的重要组成部分
